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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:段紀義
研究生(外文):Chi-I Tuan
論文名稱:狹點技術探討工業水循環再利用與廢水減量
論文名稱(外文):The Study of Pinch Technology on Industrial Water Reuse and Wastewater Minimization
指導教授:張一岑
指導教授(外文):I-Chen Chang
學位類別:碩士
校院名稱:國立高雄第一科技大學
系所名稱:環境與安全衛生工程所
學門:工程學門
學類:環境工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2003
畢業學年度:91
語文別:中文
論文頁數:161
中文關鍵詞:狹點技術節水減廢系統整合
外文關鍵詞:Pinch TechnologyWater Reuse and Wastewater Min
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摘要:
本論文探討如何運用狹點技術,以循環再利用方式,進行節水減廢。由於水中各種污染物質在製程網路之變化,均呈比例性增加或減少,因此僅選擇最主要成分作為限制因子,以進行系統整合。由於台灣地區石化與民生產業發達,故先以一石化工廠與兩個食品廠分別探討節水之可行性,然後進行石化工業專區內多家同質性接近之工廠之統合;最後再將石化廠及兩個食品廠用水網路整合,以探討不同產業間整合之可行性。
研究結果指出,應用狹點技術,可達事半功倍之效。省水比例達30 ~ 60 %,其中石化廠節水潛勢約30.58 %,兩個食品廠分別57.45 %及35.83 %;石化專區中5家工廠所產生的高導電度廢水2262噸,如經集中處理,可全部回收;而石化廠及兩個食品廠用水網路經整合後,可回收60.32 %。由此可見,現有工業用水效率尚有極大改善空間,值得推廣應用。如將狹點技術應用於二個或以上主成分限制因子之整合,效益更高;然而,技術上雖然可行,但所需計算步驟與處理程序更為複雜,經濟可行性尚待探討。
ABSTRACT:
This thesis investigates how to reuse for the fresh water conservation and wastewater minimization by pinch technology. Since all the containments in water streams increase or decrease proportionally as the streams pass through the process units, selecting a single contaminant for the constraint factor in the system integration is adequate. In this study, water systems of a petrochemical plant, two food products plants were investigated first. Then the recovery of the wastewater generated in a petrochemical district was considered. Finally, the water networks of the petrochemical plant and the food products plants mentioned previously were integrated to see if there was further conservation potential.
The results showed that 30 ~ 60% of water could be conserved using the pinch technology. The potentials of conservation for the above-mentioned plants were 30.58%, 57.45% and 35.83%, respectively. All the 2262 tons of high conductivity wastewater generated in the petrochemical district could be reused if all were collected and treated. 60.32% of the water consumed could be conserved if the water networks in the petrochemical plant and two food products plants were fully integrated.
This study showed that the potential of industrial water conservation was very high and was worth of doing. Significant amounts of water could be saved if only a single contaminant was used as the constraint in the integration. Using two or more contaminants in the integration work will definitely yield better results, but the time and the efforts required will be definitely higher and the economic feasibility needs to be studied.
目 錄
中文摘要 ............................................................. Ⅰ
英文摘要 .............................................................Ⅱ
誌謝 ................................................................. Ⅲ
目錄 ................................................................. Ⅳ
表目錄 ...............................................................Ⅶ
圖目錄 ...............................................................Ⅷ
一、緒論 ............................................................. 1
(一)研究緣起 ..................................................... 1
(二)研究目的 .....................................................2
(三)研究內容 ..................................................... 2
二、文獻回顧 ......................................................... 4
(一)合理用水 ....................................................4
(二)台灣地區水資源運用狀況 ......................................5
1、來源及利用狀況 ...........................................5
2、未來水資源總需水量推估及利用狀況 .........................8
3、水資源運用上所面臨之問題 ................................. 11
4、工業用水各業別使用狀況分析 ...............................13
(三)工業上各種形式操作用水系統 ..................................16
1、製程用水系統 .............................................16
2、公用動力用水系統 .........................................16
3、廢水處理系統 .............................................16
4、其他用水系統 .............................................16
(四)廢水處理 .................................................... 19
1、廢水處理系統 ............................................. 19
2、廢水處理單元 .............................................21
(五)工業生態進行水資源系統整合常用之方法 ........................ 25
1、地理資訊系統(GIS)整合 .................................... 25
2、多目標決策方法(MODM) ..................................... 26
3、網路合成之狹點技術運用 ................................... 28
(六)節水狹點技術介紹 ............................................ 29
1、狹點技術演進之過程 ....................................... 29
2、狹點技術常用之解析方法 ................................... 34
3、狹點技術商業應用狀況 ..................................... 45
三、研究方法與設備 ................................................... 51
(一)研究進行流程 ................................................ 51
(二)研究目標 .................................................... 51
(三)製程與設備之工業生態調查 .................................... 53
(四)製程與設備之用水分析 ........................................ 54
(五)現場採樣調查進行生態確認 .................................... 54
(六)處理與分析 .................................................. 56
(七)用水系統整合-節水網路之狹點技術應用 ........................ 58
四、結果與討論 ....................................................... 59
(一)石化廠案例 .................................................. 59
1、用水狀況說明 ............................................. 59
2、使用水與排放水水質分析 ................................... 62
3、數據及系統整理 ........................................... 62
4、狹點技術應用 ............................................. 68
5、結果與討論 ............................................... 71
(二)食品廠案例 (一) ............................................. 73
1、用水狀況說明 ............................................. 73
2、數據及系統整理 ........................................... 74
3、狹點技術應用 ............................................. 76
4、全部再生之狹點技術運用 ................................... 79
5、結果與討論 ............................................... 82
(三)食品廠案例 (二) ............................................. 83
1、用水狀況說明 ............................................. 83
2、數據及系統整理 ........................................... 84
3、狹點技術應用 ............................................. 85
4、結果與討論 ............................................... 89
(四)石化工業區案例 .............................................. 91
1、工業區用水狀況說明 ....................................... 91
2、數據及系統整理 ........................................... 93
3、數據分析 ................................................. 103
4、排放水再生方法研究 ....................................... 104
5、結果與討論 ............................................... 108
(五)廠際整合案例 ................................................ 109
1、用水狀況說明 ............................................. 109
2、數據及系統整理 ........................................... 109
3、狹點技術應用 ............................................. 111
4、結果與討論 ............................................... 111
五、結論與建議 .......................................................113
(一)結論 ........................................................ 113
(二)建議 ........................................................115
參考文獻 .............................................................118
附錄A、狹點技術介紹 .................................................. 121
表 目 錄
表1:各國主要淡水耗用比例 ...........................................3
表2.1:各業別水源供給結構分析 ........................................12
表2.2:各業別用水基本統計分析 ........................................ 14
表2.3:各業各業別水源用途需求結構分析 ................................15
表2.4:除特殊污染物之三級處理程序 ....................................24
表2.5:例題一製程限制數據 ............................................34
表2.6:沒有再利用之操作用水最小原水需求 ..............................35
表3:分析檢驗方法 ....................................................57
表4.1:石化廠各區域產出廢水水質分析數據 ..............................63
表4.2:石化廠生產製程各單元使用水流量及鈣濃度統計表 ..................66
表4.3:石化廠生產製程各單元使用水流量及鈣濃度整理後統計表 ............ 67
表4.4:石化廠各單元鈣硬度之限制濃度 ..................................68
表4.5:石化廠濃度區間圖表 ............................................69
表4.6:食品廠案例(一)冰水系統各單元流量及氫離子濃度 ..................75
表4.7:食品廠案例(一)冰水系統各單元氫離子之限制濃度 ..................76
表4.8:食品廠案例(一)冰水系統濃度區間圖表 ............................77
表4.9:食品廠案例(二)熱水系統各單元流量及膠濃度表 ....................84
表4.10:食品廠案例(二)熱水系統各單元膠液之限制濃度 ...................85
表4.11:食品廠案例(二)熱水系統濃度區間圖表 ...........................86
表4.12:石化工業區(大社工業區)各廠填寫用水情形統計 ...................92
表4.13:A公司水質分析數據 ............................................96
表4.14:C公司水質分析數據 ............................................99
表4.15:D公司水質分析數據 ............................................101
表4.16:石化工業區五家工廠用排水統計表 ...............................104
表4.17:各種特性廢水相關處理技術對應表 ...............................105
表4.18:廠際整合案例限制因子濃度表 ...................................110
表5:公用系統各單元設備排放水回收時所使用的限制因子 ..................117
表A.1:例題一製程限制數據 ............................................125
表A.2:沒有再利用之操作用水最小原水需求 ..............................126
表A.3:有再利用之操作用水濃度區間圖表 ................................129
表A.4:例題二製程限制數據 ............................................140
表A.5:例題二濃度區間圖表 ............................................141

圖 目 錄
圖2.1:台灣地區各月份平均降雨量圖 ....................................6
圖2.2:台灣地區水資源利用示意圖 ......................................7
圖2.3:台灣地區各標的歷年用水量 ......................................8
圖2.4:台灣地區歷年人口數 ............................................9
圖2.5:民國110年後年總需水量推估及利用示意圖 .........................10
圖2.6:典型化工廠用水區塊圖 ..........................................17
圖2.7:集中式流出物處理系統 ..........................................20
圖2.8:分散式流出物處理系統 ..........................................21
圖2.9:工業廢水各種處理方式 ..........................................23
圖2.10:利用焓區間計算熱交換面積示意圖 ...............................31
圖2.11:沒有再利用之操作用水區塊圖表 .................................35
圖2.12:沒有再利用之操作用水格線圖表 .................................36
圖2.13:沒有再利用之操作用水物質容量圖表 .............................36
圖2.14:有再利用之操作用水濃度複合曲線─個別程序線 ...................37
圖2.15:有再利用之操作用水濃度複合曲線─個別程序線之累積操作 .........38
圖2.16:有再利用之操作用水濃度複合曲線 ................................39
圖2.17:有再利用之操作用水濃度複合曲線及最適供水線 ...................40
圖2.18:直接再利用 ...................................................41
圖2.19:再生後再利用 .................................................42
圖2.20:再生後回收 ...................................................43
圖2.21:石油煉製廠無水再利用之用水網路 ...............................45
圖2.22:石油煉製廠經由狹點技術有水再利用之用水網路 ...................46
圖2.33:石油煉製廠經由狹點技術有水再利用即再生之用水網路 .............46
圖2.24:特用化學品工廠在運用狹點技術前之用水網路 .....................49
圖2.25:特用化學品工廠在運用狹點技術後之用水網路 .....................50
圖3:研究進行流程圖 ..................................................52
圖4.1:石化廠全廠水平衡圖 ............................................60
圖4.2:石化廠生產製程水平衡圖 ........................................61
圖4.3:石化廠汽電共生製程水平衡圖 ....................................61
圖4.4:石化廠各區域水質狀況關係圖 .................................... 64
圖4.5:石化廠生產製程簡化後水平衡圖 ..................................64
圖4.6:石化廠排放水平衡圖 ............................................ 65
圖4.7:石化廠作圖法─濃度複合曲線 ....................................70
圖4.8:石化廠格線圖表 ................................................ 70
圖4.9:石化廠使用狹點技術改善後水平衡圖 ..............................72
圖4.10:食品廠案例全廠水平衡圖 .......................................73
圖4.11:食品廠案例(一)冰水系統水平衡圖 ...............................74
圖4.12:食品廠案例(一)冰水系統作圖法─濃度複合曲線 ...................78
圖4.13:食品廠案例(一)冰水系統格線圖表 ...............................78
圖4.14:食品廠案例(一)冰水系統運用狹點技術改善後區塊圖 ...............79
圖4.15:食品廠案例(一)冰水系統再生作圖法─濃度複合曲線 ...............80
圖4.16:食品廠案例(一)冰水系統再生格線圖表 ...........................81
圖4.17:食品廠案例(一)冰水系統運用狹點再生技術改善後區塊圖 ............81
圖4.18:食品廠案例(一)冰水系統使用狹點技術(含再生)改善後水平衡圖 .....82
圖4.19:食品廠案例(二)熱水系統水平衡圖 ...............................83
圖4.20:食品廠案例(二)熱水系統作圖法─濃度複合曲線 ...................87
圖4.21:食品廠案例(二)熱水系統格線圖表 ...............................87
圖4.22:食品廠案例(二)熱水系統運用狹點技術改善後區塊圖 ...............88
圖4.23:食品廠案例(二)熱水系統使用狹點技術改善後全廠水平衡圖 ..........90
圖4.24:A公司水流程圖 ................................................95
圖4.25:B公司水流程圖 ................................................97
圖4.26:C公司水流程圖 ................................................98
圖4.27:D公司水流程圖 ................................................100
圖4.28:E公司水流程圖 ................................................102
圖4.29:廠際整合案例格線圖 ...........................................112
圖A.1:污染物濃度差擴散原理 ..........................................121
圖A.2:章節內容總覽 ..................................................122
圖A.3:污染物濃度與質傳接觸面積之關係 ................................123
圖A.4:污染物濃度與污染物轉換質量負荷之關係 ..........................123
圖A.5:各種形式之操作用水 ............................................124
圖A.6:沒有再利用之操作用水區塊圖表 ..................................126
圖A.7:沒有再利用之操作用水格線圖表 ..................................127
圖A.8:沒有再利用之操作用水物質容量圖表 ..............................127
圖A.9:有再利用之操作用水之格線圖表─含有濃度區間邊界,製程流體及用水單元
物質負荷 .............................. .......................129
圖A.10:有再利用之操作用水之格線圖表─第一濃度區間之用水流體流動 .....130
圖A.11:有再利用之操作用水之格線圖表─第一及二濃度區間之用水流體流動 .. 130
圖A.12:有再利用之操作用水之格線圖表─第一到三濃度區間之用水流體流動 ..131
圖A.13:有再利用之操作用水之格線圖表─基本用水網路 ........ ..........131
圖A.14:有再利用之操作用水之區塊圖表 …….................... .........132
圖A.15:有再利用操作用水之物質容量圖表─包含富污染物側及供水側之區塊 .. 133
圖A.16:有再利用操作用水之物質容量圖表─包含第一濃度區間 ............. 134
圖A.17:有再利用操作用水之物質容量圖表─包含第一及二濃度區間 .........135
圖A.18:有再利用操作用水之物質容量圖表─包含第一至三濃度區間 .........136
圖A.19:有再利用操作用水之物質容量圖表 ...............................137
圖A.20:有圈環之格線圖 ..............................................138
圖A.21:打破圈環簡化網路 ............................................. 139
圖A.22:例題二濃度複合曲線 ...........................................141
圖A.23:例題二再生低於原水狹點濃度之濃度-複合曲線 ....................142
圖A.24:例題二再生高於原水狹點濃度之濃度-複合曲線 ....................143
圖A.25:例題二再生等於原水狹點濃度之濃度-複合曲線 ....................144
圖A.26:污染物傳送到原水與再生之物質負荷與濃度關係圖 .................145
圖A.27:有再生之格線圖表 ....................... .....................146
圖A.28:有再生之區塊圖表 ....................... .....................146
圖A.29:有再生之物質容量圖表 ....... .................................147
參考文獻
中文部分:
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相關網頁:
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8、環保署環境檢驗所網站:http://www.niea.gov.tw/analysis/epa_www.htm
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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